Il filo robotico è progettato per scivolare attraverso i vasi sanguigni del cervello

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Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un robot simile a un filo, orientabile magneticamente, in grado di scivolare attivamente attraverso percorsi stretti e tortuosi, come il sistema vascolare labrintino del cervello.

In futuro, questo filo robotico potrebbe essere abbinato alle tecnologie endovascolari esistenti, consentendo ai medici di guidare a distanza il robot attraverso i vasi cerebrali del paziente per trattare rapidamente blocchi e lesioni, come quelli che si verificano negli aneurismi e negli ictus.

“L’ictus è la quinta causa di morte e una delle principali cause di disabilità negli Stati Uniti. Se l'ictus acuto potesse essere trattato entro i primi 90 minuti circa, i tassi di sopravvivenza dei pazienti potrebbero aumentare in modo significativo", afferma Xuanhe Zhao, professore associato di ingegneria meccanica e di ingegneria civile e ambientale al MIT. “Se potessimo progettare un dispositivo per invertire il blocco dei vasi sanguigni entro questa 'ora d'oro', potremmo potenzialmente evitare danni permanenti al cervello. Questa è la nostra speranza”.

Zhao e il suo team, incluso l'autore principale Yoonho Kim, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, descrivono oggi il loro design robotico morbido sulla rivista Science Robotics. Gli altri coautori dell'articolo sono lo studente laureato del MIT German Alberto Parada e lo studente in visita Shengduo Liu.

In una situazione difficile

Per eliminare i coaguli di sangue nel cervello, i medici spesso eseguono una procedura endovascolare, un intervento chirurgico minimamente invasivo in cui un chirurgo inserisce un filo sottile attraverso l'arteria principale del paziente, solitamente nella gamba o nell'inguine. Guidato da un fluoroscopio che visualizza simultaneamente i vasi sanguigni utilizzando i raggi X, il chirurgo ruota manualmente il filo nel vaso cerebrale danneggiato. Un catetere può quindi essere fatto passare lungo il filo per somministrare farmaci o dispositivi per il recupero del coagulo nella regione interessata.

Kim afferma che la procedura può essere fisicamente faticosa, richiedendo ai chirurghi, che devono essere specificamente formati per questo compito, di sopportare ripetute esposizioni alle radiazioni della fluoroscopia.

"È una competenza impegnativa e semplicemente non ci sono abbastanza chirurghi per i pazienti, soprattutto nelle aree suburbane o rurali", afferma Kim.

I fili guida medici utilizzati in tali procedure sono passivi, nel senso che devono essere manipolati manualmente, e sono generalmente costituiti da un nucleo di leghe metalliche, rivestito in polimero, un materiale che, secondo Kim, potrebbe potenzialmente generare attrito e danneggiare i rivestimenti dei vasi se il filo dovesse rompersi. rimanere temporaneamente bloccati in uno spazio particolarmente ristretto.

Il team si è reso conto che gli sviluppi nel loro laboratorio potrebbero aiutare a migliorare tali procedure endovascolari, sia nella progettazione del filo guida che nel ridurre l'esposizione dei medici a qualsiasi radiazione associata.

Infilare un ago

Negli ultimi anni, il team ha acquisito esperienza sia negli idrogel – materiali biocompatibili costituiti principalmente da acqua – sia nei materiali ad attivazione magnetica stampati in 3D che possono essere progettati per gattonare, saltare e persino prendere una palla, semplicemente seguendo la direzione di un magnete.

In questo nuovo articolo, i ricercatori hanno combinato il loro lavoro sugli idrogel e sull’attuazione magnetica, per produrre un filo robotico rivestito di idrogel, o filo guida, magneticamente orientabile, che sono stati in grado di rendere abbastanza sottile da guidare magneticamente attraverso una replica in silicone a grandezza naturale. dei vasi sanguigni del cervello.

Il nucleo del filo robotico è realizzato in lega di nichel-titanio, o “nitinol”, un materiale flessibile ed elastico. A differenza di una gruccia per abiti, che manterrebbe la sua forma una volta piegata, un filo di nitinol ritornerebbe alla sua forma originale, conferendogli maggiore flessibilità nell'avvolgimento attraverso vasi stretti e tortuosi. Il team ha rivestito il nucleo del filo con una pasta gommosa, o inchiostro, in cui hanno incorporato particelle magnetiche.